A High-Mathematical Model Optimizing Cuttings Transport in Oil Drilling Engineering

With special drilling operation equipment and specific conditions of geology, how does drilling fluid carry cuttings effectively? So far, it is still an urgent problem for drilling researchers to study. This work just aims at the actual engineering background to develop studying model. In this paper, according to non Newtonian fluid mechanics, the law of the solid liquid, two phase fluid flow and actual drilling engineering, the major factors affecting cuttings transport are drilling fluid velocity, hole inclination and fluid rheological properties. Getting a clear understanding of the law of drilling fluid and its cutting taking mechanism, this paper puts forward a model for analysis of field data and quantitative forecast of cutting taking capability of drilling fluid. The full scale annular test section was 6.1 m with 76 and 114 mm drillpipe in a 203 mm ID (wellbore diameter). Hole angle varied from 0° to 90°.

某电站压力管道设计及施工方案研究

某电站压力管道斜井采用与水平面夹角60°布置方式,长度282.19 m,较长斜井段增设平段及施工支洞会大大减小施工难度,提高效率,同时也会增加工程投资。通过研究比选压力管道斜井段布置方式,确定采用一斜到底中间不设平段及支洞方案最为经济。在实际开挖过程中,遇到不良地质条件,斜井开挖时先导孔施工频繁发生塌孔、卡钻现象,导致施工无法顺利开展,经对斜井施工方法比选研究,选定新增施工支洞分段预固结灌浆反井钻法解决了施工难题,为后续类似工程设计及施工提供参考。

缓倾斜煤层高位定向长钻孔抽采卸压瓦斯技术研究

为探究缓斜煤层覆岩采动裂隙时空演化及卸压瓦斯富集区的变化特征,采用物理相似模拟和现场监测方法,分析采动覆岩裂隙演化和裂隙分布特征;研究卸压瓦斯富集区演化特征,确定高位定向钻孔的合理布置参数方案,并进行效果检验。结果表明:试验工作面沿煤层走向垮落带高度13 m,裂隙带高度68.5 m,沿工作面倾向裂隙网络受煤层倾角影响,工作面断裂角为54°~59°,裂隙发育的开度自工作面向上逐渐增大,瓦斯运移通道呈现出明显的非对称性特征;高位定向钻孔全生命周期瓦斯抽采过程依据其抽采体积分数可分为抽采初期、抽采中期和抽采末期3个阶段,其中抽采初期抽采体积分数偏低,抽采中期为钻孔抽采生命周期内的高效抽采阶段,进入抽采末期抽采体积分数呈现急剧下降的趋势;高位定向长钻孔抽采技术实施后,工作面上隅角、回风巷瓦斯体积分数均小于0.8%,瓦斯抽采效果良好,高位钻孔的布置方式较为合理。

自动垂直钻井中井斜动态测量理论与实验研究

井斜动态测量是指在钻井过程中对井眼的井斜角、工具面角等物理量的实时检测和信息的提取,比静态测量复杂,钻具的振动和转动均会导致相应的井斜测量信号严重失真,但其中的振动信号可用低通滤波器滤除,而钻具转动对加速度计所产生的离心力导致的测量信号的失真,则必须通过诸如转速补偿之类的修正才能去除。低通滤波器可选用一定阶数和转折频率的巴特沃斯滤波器,而加速度计输出的转速补偿则须预先对加速度计进行标定。利用专门的实验装置对井斜动态测量的方法及其具体实现进行了有效的验证。

定向井实钻井眼轨迹三维可视化描述

在石油钻井中,实钻井眼轨迹的计算与描述是井眼轨迹监测的重要环节,也是井眼轨道控制的基础.通过测斜数据的处理结合计算机图形学可以更直观地显示井眼轨迹空间形态.通过研究井眼轨迹上某测点邻近的结构形状及其变化规律,在微分几何理论基础上,利用井斜角、方位角与自然坐标系各单位矢量的几何关系推导出井眼轨迹的曲线结构计算模型,并提出了通过对测斜数据进行三次样条插值及多项式拟合数据平滑处理的方法以减小测量离散数据带来的误差;同时,结合面向对象技术和可视化技术,实现了定向井井眼轨迹的三维可视化描述.

以井斜趋势角为指标优化防斜钻具设计

应用钻头与地层相互作用模型,综合考虑钻头和地层各向异性、钻头侧向力及钻头转角对井斜的影响,提出了"井斜趋势角"概念。针对各向同性地层,推导了"井斜趋势角"计算公式。分析表明:进行防斜钻具设计、优选钻井参数时,综合考虑侧向力、钻头转角及钻头各向异性等因素对井斜的影响是十分必要的;与"钻头侧向力最大"或"钻头转角最小"等单一指标相比,"井斜趋势角"指标考虑因素更全面、设计(或评价)结果更可靠。

井斜控制理论及防斜钻井技术综述

在钻井过程中，井斜给钻井工程带来一系列的危害，并造成巨大损失。早在５０ 年代，国外就研究了光钻铤在钻压作用下的弯曲问题，导出了有关计算模式；６０ 年代提出了双稳定器防斜钻具的理论，为满眼钻具的发展提供了理论基础；７０ 年代提出了用小势能法求解下部钻具的受力和变形。国内在６０ 年代以前，基本上是引用国外的理论和方法，进入７０ 年代逐步开展了防斜理论的研究。首先是唐俊才等人，指出了Ｈｏｃｈ 的公式推导中的错误，并给出修正公式；后来白家祉教授提出了用纵横弯曲连续梁理论求解下部钻柱的受力和变形；杨勋尧在研究钟摆钻具、满眼钻具基础上，得出简化的公式和图表，在川东指导钻井实践取得好效果。文中系统介绍了井斜控制技术，对井斜控制理论研究、防斜钻井技术研究及防斜钻井实践有重要参考、指导意义。

若尔盖铀矿区复杂易斜地层定向分支钻孔施工技术

在陡斜矿体上施工分支钻孔,不但节约钻探工作量,减少钻机搬迁、修路次数,对环境保护和提高地质找矿效果也有重要意义。主要介绍了用LZ型连续造斜器在易斜地层施工定向分支钻孔的技术和工艺。

钻孔取土纠倾与沉井冲水掏土纠倾方法比较

对某住宅小区内两幢倾斜住宅分别采用锚杆静压桩加固结合钻孔取土法纠倾和沉井冲水掏土法纠倾方案。对这两种纠倾方法进行了比较 ,包括作用机理、施工步骤、纠倾进度和工后沉降速率。研究表明 ,采用沉井冲水掏土法纠倾要比钻孔取土法纠倾快、工后沉降速率小 ,该方法特别适用于软土地基上基础底板薄、上部结构整体刚度差的倾斜建筑物。

清洗机增压联结管零件斜孔加工专用夹具设计

为了解决增压联结管零件斜孔加工困难的问题,设计了一种专用钻床夹具。该夹具具有工作可靠、装夹效率高和易于操作维护等优点。结果表明:使用该专用夹具后零件的加工效率提高了34%,合格率提高了26%,刀具寿命提高了5倍,满足了该零件的生产需要,对同类零件专用夹具的设计也有一定的借鉴意义。

自动垂直钻井工具系统整体性能试验台架设计

为了验证自动垂直钻井工具系统的整体性能是否满足设计要求,研制了自动垂直钻井工具系统整体性能多功能试验台架。试验台架采用多级耐腐蚀离心泵为主的清水循环系统,通过变频来模拟实际钻井中钻井液流量的变化,确定工具对排量的适应范围;采用模拟转盘旋转装置有效模拟实际钻井中工具旋转的工况。地面试验结果表明:该台架设计合理,功能齐全,满足了自动垂直钻井工具系统的功能试验要求,缩短了工具研发周期。所得结论可为自动直钻井工具系统的现场应用提供参考。

压桩掏土技术在软土地基危房纠偏中的应用

对位于上海软土地区某6层砖混住宅采用压桩掏土法纠偏。常规压桩纠偏,先在建筑物较大一侧压桩、封桩;再在建筑物沉降较小一侧掏土纠偏,并在掏土一侧设置少量保护桩,提高建筑物回倾后的稳定性。在该工程的施工过程中,将沉降较大一侧的压桩和沉降较小一侧的掏土纠偏同时进行,并推迟沉降较大一侧的封桩,既缩短了工期,又减小了桩顶的附加应力,同时房屋的附加沉降也控制在允许范围内,取得了较好的纠偏效果。

基于急倾斜煤层钻孔的大直径扩孔钻头研究

针对急倾斜煤层大直径钻孔采用大型机械施工造价昂贵、效率低下,采用普通钻机施工需多次更换钻头进行反复扩孔的问题,自主研制了一种"刮刀扩孔钻头"和"截齿扩孔钻头",能够充分利用煤层松软易碎的特点快速钻进形成大直径钻孔,提高了钻进效率,降低了工人劳动强度。

偏心钻头钻进时的底部钻柱力学分析

采用静力分析的方法,建立了偏心钻头底部钻具组合的力学模型,并完成了对力学模型的求解。应用数值计算方法,分析了偏心钻头底部钻具组合的受力和变形特性。通过对切点位置、钻头侧向力、井斜角及钻压分配比的分析发现:使用偏心钻头时钻柱与井壁的切点位置要比没有偏心时低得多;在倾斜井眼中,钻头偏心块在上方时,随钻压的增加钻具的降斜趋势减弱,增斜趋势增强;当偏心块在下方时,随钻压的增加钻具的降斜趋势增强;钻压分配比对钻头侧向力的变化趋势有重大影响。

黄土地区砖石古塔钻孔取土纠倾技术研究

钻孔取土纠倾施工简单、无振动、对原结构无损伤,可有效地降低黄土地区倾斜砖石古塔结构失稳的风险。结合陕西关中黄土地区万寿寺砖石古塔钻孔取土纠倾的工程实践,对钻孔取土技术的主要问题,包括:技术的适用条件、塔体倾斜成因与机理的勘察方法、纠倾过程中地基-塔体协同作用施工力学行为的分析、塔体结构稳定性保护的原则和方法、工作坑与钻孔的布置原则、塔体回倾控制的主要参数及其影响因素等进行了讨论。结果表明:选取钻孔地基层、孔深度和孔的倾斜角度等应首先考虑塔的整体稳定性;选择钻孔的直径、间距、布置的排数和取土量等应以有效控制回倾的速率和方向为目标。

南堡1号构造东一段大斜度长位移井钻井技术

针对南堡1号构造东一段中深储层采用大斜度长位移井开发,摩阻扭矩大、馆陶组玄武岩地层可钻性差、井壁易失稳的特点,通过对井眼轨迹和井身结构的优化设计、摩阻扭矩的精确预测与控制、强封堵、强抑制钻井液体系的优选,实现了水平位移在3500m范围内大斜度长位移井的安全快速钻进。对摩阻扭矩的精确预测方法和关键参数的选取进行了详细分析,对摩阻扭矩控制措施进行了简要介绍。通过各项技术的综合应用,达到了利用常规钻井技术实施中深层大斜度长位移井的目的,为滩海油田实现低成本高效开发提供了技术支撑。

斜面圆弧形井眼的轨迹控制新模式

斜面圆弧曲线是三维定向井轨道设计的最优曲线,在相同设计条件下,设计曲率最小,设计长度最短。但采用目前的井眼轨迹控制方法不可能钻出真正的斜面圆弧形井眼。在研究斜面圆弧曲线与其所在的斜平面之间关系的基础上,提出一种新的井眼轨迹控制模式——斜平面角模式。采用该模式可以钻出斜面圆弧形井眼轨道。同时向MWD厂商建议,司钻显示屏应该有两种显示模式,一种是目前常用"装置角"模式,可以钻出恒装置角曲线的井眼;另一种"斜平面角"模式,可以钻出斜面圆弧形井眼。两种模式应该能很容易转换。

煤田深孔补采煤心施工技术

在煤田岩心钻探孔施工中,经常会出现丢失煤层现象,必须补采煤心,以满足地质设计要求和有关煤田地质规程。在河南省禹州市张得煤田矿区的钻探施工中,摸索并掌握了一套深孔补采煤心的施工技术,利用偏心楔补打斜孔,有效解决了深孔(1000 m以下)补采煤心的问题,并完全满足地质设计要求。

谦比希东南铜矿缓倾斜矿体充填法开采研究

谦比希铜矿东南矿体属于缓倾斜薄至中厚矿体,其1号矿体0线以北矿区矿体埋深已近千米,给安全高效开采带来了较大的难度。本文根据东南矿体北采区3^#盘区的开采技术条件,提出了预护顶进路分段空场嗣后充填法、进路分段空场嗣后充填法、进路阶段空场嗣后充填法三种布置形式,经过技术经济详细对比,结合谦比希铜矿开发的当地环境,从采场顶板管理和采场出矿安全性考虑,优先选择预护顶进路分段空场嗣后充填采矿法。